Дыхание как физиологический процесс¶

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление образующегося углекислого газа. У человека и других млекопитающих дыхание включает внешнее дыхание (вентиляцию лёгких и газообмен в альвеолах), транспорт газов кровью и тканевое (клеточное) дыхание. Это одна из базовых функций живого организма, прекращение которой приводит к гибели клеток в течение нескольких минут.

¶Общее представление

С физиологической точки зрения дыхание делится на несколько взаимосвязанных этапов:

• Внешнее дыхание — обмен газов между воздухом и кровью в лёгких.
• Транспорт газов — перенос кислорода и углекислого газа кровью.
• Тканевое дыхание — потребление кислорода клетками и окисление питательных веществ с выделением энергии.

Ключевым органом внешнего дыхания у млекопитающих служат лёгкие, а дыхательные мышцы (прежде всего диафрагма и межрёберные мышцы) обеспечивают вдох и выдох.

¶История изучения

Представления о дыхании менялись по мере развития анатомии и физиологии. Врач Гален полагал, что воздух необходим для охлаждения сердца. В XVII веке Роберт Гук и Роберт Бойль показали роль воздуха в поддержании жизни животных. В XVIII веке Антуан Лавуазье и Джозеф Пристли установили связь дыхания с потреблением кислорода и выделением углекислого газа, что заложило основы учения об окислении. В XIX–XX веках были детально описаны механика вентиляции лёгких, транспорт газов гемоглобином и механизмы клеточного дыхания.

¶Анатомия дыхательной системы человека

Дыхательная система включает верхние и нижние дыхательные пути, а также лёгкие.

В альвеолах, число которых у взрослого человека достигает нескольких сотен миллионов, происходит диффузия газов между воздухом и кровью через тонкую стенку.

¶Механика дыхания

Вдох у человека осуществляется преимущественно за счёт сокращения диафрагмы, которая опускается и увеличивает объём грудной полости; при форсированном дыхании подключаются межрёберные и вспомогательные мышцы. Давление в грудной полости становится ниже атмосферного, и воздух поступает в лёгкие. Выдох в покое происходит пассивно — за счёт эластической тяги лёгких и расслабления дыхательных мышц.

Основные показатели:

• Дыхательный объём — около 500 мл в покое.
• Частота дыхания — у взрослого человека 12–18 циклов в минуту.
• Жизненная ёмкость лёгких — сумма максимального вдоха и выдоха, индивидуально варьирует.

¶Регуляция дыхания

Дыхание регулируется дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге. Его активность зависит от концентрации углекислого газа в крови, которую воспринимают центральные и периферические хеморецепторы. Повышение уровня CO₂ усиливает вентиляцию лёгких. На ритм дыхания влияют также кора больших полушарий (произвольная задержка дыхания), рецепторы растяжения лёгких и ряд рефлексов.

¶Транспорт газов

Кислород переносится кровью в основном в связанном с гемоглобином виде (оксигемоглобин), меньшая часть растворяется в плазме. Углекислый газ транспортируется в виде бикарбонатов, в соединении с гемоглобином и частично в растворённом состоянии. Обмен газов в тканях происходит по градиенту концентраций.

¶Клеточное дыхание

На клеточном уровне дыхание — это совокупность биохимических реакций, при которых органические вещества окисляются с образованием энергии в виде АТФ. Основные этапы: гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование в митохондриях. Кислород здесь выступает конечным акцептором электронов.

¶Виды и типы дыхания

• Внешнее и тканевое — по уровню организации.
• Грудной и брюшной типы — по преимущественному участию мышц.
• Аэробное и анаэробное — по отношению к кислороду на клеточном уровне.

У животных встречаются также жаберное, трахейное и кожное дыхание.

¶Значение и нарушения

Дыхание обеспечивает энергетический обмен и поддержание постоянства внутренней среды. Нарушения дыхания включают одышку, апноэ (остановку дыхания), гипоксию (недостаток кислорода в тканях) и гиперкапнию (избыток углекислого газа). Заболевания дыхательной системы — бронхит, пневмония, бронхиальная астма, туберкулёз — широко распространены. Для оценки функции дыхания применяют спирометрию, пульсоксиметрию и анализ газов крови.

¶Дыхание в культуре и практике

Дыхательные упражнения используются в медицине, спорте и оздоровительных практиках. Произвольное управление дыханием лежит в основе дыхательной гимнастики, применяемой при реабилитации. В ряде восточных традиций дыханию придаётся особое значение как средству саморегуляции.

Источники: учебники по нормальной физиологии, руководства по анатомии человека, энциклопедические издания по биологии и медицине.